import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

public class Sort2 {
//    快速排序
//    (1).时间复杂度：N*logN
//    最好情况 ：N*logN
//    最坏情况：N^2  (有序、逆序)
//    (2).空间复杂度：
//    最好情况：logN
//    最坏情况：N
//    (3).稳定性：不稳定

    //递归实现
    public static void quickSort1(int[] array){
        quick(array,0,array.length-1);
    }
    public static void quick(int[] array,int start,int end){
        if(start>=end){
            return;
        }
        //使用这个优化主要是解决减少递归的次数
        if(end-start+1<=14){
            //插入排序
            insertSort2(array,start,end);
            return;
        }
        //三数取中法
        int index=midThree(array,start,end);
        swap(array,index,start);

        int pivot=partition(array,start,end);
        quick(array,start,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,end);
    }
    private static void insertSort2(int[] array,int left,int right){
        for (int i = left+1; i <= right; i++) {
            int tmp=array[i];
            int j=i-1;
            for (; j >=left ; j--) {
                if(array[j]>tmp){
                    array[j+1]=array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+1]=tmp;
        }
    }
    private static int midThree(int[] array,int left,int right){
        int mid=(left+right)/2;
        if(array[left]<array[right]){
            if(array[mid]<array[left]){
                return left;
            } else if (array[mid]>array[right]) {
                return right;
            }else{
                return mid;
            }
        }else{
            if(array[mid]<array[right]){
                return right;
            }else if(array[mid]>array[left]){
                return left;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    //1.挖坑法
    private static int partition(int[] array,int left,int right) {
        int tmp = array[left];
        while (left < right) {
            while (left< right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while (left< right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    //2.hoare法
    private static int partition2(int[] array,int left,int right){
        int tmp=array[left];
        int i=left;
        while (left<right){
            while (array[right]>=tmp&&left<right){
                right--;
            }
            while (array[left]<=tmp&&left<right){
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,left,i);
        return left;
    }
    public static void swap(int[] array,int i,int j){
        int tmp=array[i];
        array[i]=array[j];
        array[j]=tmp;
    }

    //3.前后指针法
    private static int partition3(int[] array,int left,int right) {
        int prev=left;
        int cur=left+1;
        while (cur<=right){
            if(array[cur]<array[left]&&array[++prev]!=array[cur]){
                swap(array,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }



    //非递归实现快速排序
    public static void quickSort2(int[] array) {
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        int pivot = partition(array, left, right);
        if (pivot > left + 1) {
            stack.push(left);
            stack.push(pivot - 1);
        }
        if (pivot < right - 1) {
            stack.push(pivot + 1);
            stack.push(right);
        }

        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pivot = partition(array, left, right);
            if (pivot > left + 1) {
                stack.push(left);
                stack.push(pivot - 1);
            }
            if (pivot < right - 1) {
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }



//    归并排序
//    (1).时间复杂度：N*logN
//    (2).空间复杂度：N
//    (3).稳定性：稳定的排序

    //递归
    public static void mergeSort1(int[] array){
        mergeSortFunc(array,0,array.length-1);
    }
    private static void mergeSortFunc(int[] array,int left,int right){
        if(left>=right){
            return;
        }
        int mid=(left+right)/2;
        mergeSortFunc(array,left,mid);
        mergeSortFunc(array,mid+1,right);
        merge(array,left,right,mid);
    }
    private static void merge(int[] array,int start,int end,int mid){
        int s1=start;
        int s2=mid+1;
        int[] tmp=new int[end-start+1];
        int k=0;
        while (s1<=mid&&s2<=end){
            if(array[s1]<=array[s2]){
                tmp[k++]=array[s1++];
            }else{
                tmp[k++]=array[s2++];
            }
        }
        while (s1<=mid){
            tmp[k++]=array[s1++];
        }
        while (s2<=end){
            tmp[k++]=array[s2++];
        }
        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            array[i+start]=tmp[i];
        }
    }


    //非递归
    public static void mergeSort2(int[] array){
        int gap=1;
        while (gap<array.length){
            // i += gap * 2 当前gap组的时候，去排序下一组
            for (int i = 0; i < array.length; i+=gap*2) {
                int left=i;
                int mid=left+gap-1;//有可能会越界
                if(mid>=array.length){
                    mid=array.length-1;
                }
                int right=mid+gap;//有可能会越界
                if(right>=array.length){
                    right=array.length-1;
                }
                merge(array,left,right,mid);
            }
            //当前为2组有序  下次变成4组有序
            gap*=2;
        }
    }


//    计数排序
//    (1).时间复杂度： O(N+范围)
//    (2).空间复杂度：O(范围)
//    (3).稳定性：

    public static void countSort(int[] array){
        //遍历数组找到最大值和最小值
        int max=array[0];
        int min=array[0];
        //O(N)
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(array[i]<min){
                min=array[i];
            }
            if(array[i]>max){
                max=array[i];
            }
        }
        //根据范围定义计数数组的长度
        int len=max-min+1;
        int[] count=new int[len];
        //遍历数组，在计数数组当中记录每个数字出现的次数O（N）
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            count[array[i]-min]++;
        }
        //遍历计数数组
        int index=0;//array数组的新下标
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i]>0){
                array[index]=i+min;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}





